APUNTES DE INGENIERIA MECANICA: MEDICIONES I

Título:	MEDICIONES
Subtítulo	SISTEMAS DE MEDIDA I
Fecha de realización:	28/03/2020
Grupo:	BASICAS
Tema:	MEDICIONES
Código:	BAS-MED-SDM-01-01

INDICE

1 SISTEMAS DE MEDIDAS.
1.1 MEDICION.
1.2 SISTEMA TRADICIONALES DE MEDIDAS.
1.3 DEFINICION DE UN SISTEMA DE MEDIDA.
1.3.1 MAGNITUD.
1.3.2 UNIDAD DE MEDIDA.
2 BIBLIOGRAFIA

	Fecha	Autor	Observaciones
	18/03/2020	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01	28/03/2020	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Corrección sintaxis
Rev.02

MEDICIONES

1 SISTEMAS DE MEDIDAS

Desde tiempos inmemoriales el hombre ha empleado sistemas de medida para cuantificar o medir un objeto determinado. En este sentido, todo lo que sea medible, requiere de alguna unidad con qué medirlo, ya sea que se necesita saber qué tan lejos se viajara, qué tan rápido se debe ir o qué cantidad se debe transportar, estos deben expresarse en términos que se entiendan, que sean reconocibles, y que sean de mutuo acuerdo.

Para esto, fue necesario crear unidades de medición, las cuales en la antigüedad eran muy rudimentarias (codos, leguas, barriles, varas, etc.) los cuales estaban basados en partes del cuerpo o en objetos cotidianos, y variaban de una región a otra. El problema de este tipo de unidades es que no eliminaba la ambigüedad, y fomentaba el uso de diferentes medidas en los distintos pueblos, lo que dificultaba en actividades como el comercio ya que no podían ponerse de acuerdo sobre las cantidades con las que se estaba comerciando.

El primer sistema del que se tiene conocimiento corresponde al Sistema Métrico Decimal, el cual se implantó en 1795 como resultado de la Convención Mundial de Ciencia (París, Francia); el sistema consta de una división decimal y como unidades definía: el metro como unidad de longitud, el kilogramo como unidad de peso y el litro como unidad de volumen. Actualmente y el más utilizado es el Sistema Internacional (SI), el cual se halla mas acorde a los avances de la ciencia y comenzó a ser utilizado a partid de 1960.

1.1 MEDICION

Para conocer el mundo que nos rodea, comprender los fenómenos que en él suceden y lograr el progreso de la ciencia y la tecnología, siempre ha sido necesaria la medición de una propiedad física. Los descubrimientos y los avances en el conocimiento que observamos a diario, no seria posible sin instrumentos de medida, pero el desarrollo y la utilización de dicho instrumentos deben seguir unos principios metrologicos claves a fin de obtener resultados exactos y trazables en las unidades fundamentales de medida, haciéndolos así validos y comparables.

La medición es una técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como referencia. La expresión de una propiedad física en términos de números requiere que no solo utilicemos las matemáticas para mostrar la relación entre las diferentes cantidades, sino también tener el conocimiento para operar con estas relaciones.

Esta es la razón por la cual las matemáticas son consideradas como el lenguaje de la física y sin las matemáticas es imposible comprender el fenómeno físico, tanto desde el punto de vista experimental como teórico. Las matemáticas constituyen la herramienta del físico y deben ser manipuladas con destreza y cabalidad de modo que su uso ayude y permitan comprender el significado de la observación.

En la actualidad, es difícil imaginar una ocupación donde no se requiera de la medición de alguna cantidad física, ya sea en un taller, laboratorio, planta industrial e incluso en el hogar se requiere siempre de algún tipo de medición. Por ejemplo, el aceite que adquirimos para cocinar nuestras comidas viene envasado en recipientes medidos en litros o galones (unidades de volumen), la distancia que recorremos desde nuestro hogar hasta el trabajo lo medimos en kilómetros o millas (unidades de longitud), cuando nos encontramos enfermos el doctor utiliza un termómetro que mide nuestra temperatura corporal en ºC o ºF (unidades de temperatura), etc.

1.2 SISTEMA TRADICIONALES DE MEDIDA

Antiguamente, los sistemas tradicionales basaban sus unidades de medición en las dimensiones de ciertas partes del cuerpo humano. La pulgada representaba el ancho de un pulgar, de donde toma su nombre. El pie representaba originalmente la longitud de un pie humano, aunque esta unidad se transformó con el tiempo en el equivalente a 12 pulgadas en el sistema anglosajón. La yarda, por otro lado, representa la longitud desde la punta de la nariz hasta la punta del dedo medio. Una braza correspondía a la distancia de punta a punta de los dedos medios con los brazos extendidos. Para distancias mayores, existía la milla, unidad de medida creada en la antigua Roma que equivalía originalmente a 2000 pasos de una legión. Sobre la base de la milla, los romanos definieron el estadio de tal forma que ocho estadios correspondían a una milla.

En la mayoría de los países europeos se utilizaban medidas de peso basadas en la libra. Esta unidad, cuyo nombre proviene del latín libra pondo, se dividía en doce onzas. Sin embargo, en algunos países durante la Edad Media se utilizaron libras que se dividían en 16 onzas. Otra unidad tradicional de peso era el grano, que en el sistema inglés actual equivale a 64,79891 mg. A partir de esta unidad, la libra se definía como 5760 granos en algunos caso o como 7000 granos en otros casos. Asimismo, en joyería se usaba una unidad llamada grano métrico, que equivale a 0,25 quilates o 50 mg. En la Península Ibérica, un quintal equivalía a 100 libras (lo que actualmente serían unos 46 kg); la cuarta parte de un quintal se denominaba arroba (@).

Los movimientos del Sol y de la Luna determinaron las unidades tradicionales de tiempo. El movimiento aparente del Sol desde su salida en el horizonte hasta la siguiente puesta o los sucesivos pasos por el meridiano, dependiendo de la cultura, definieron el día. Los babilonios dividieron el tiempo entre la salida y la puesta del Sol en doce partes que conocemos ahora como horas. Con la invención de los relojes mecánicos fue posible dividir también la noche, por lo que actualmente un día completo se compone de 24 horas. Una hora se dividió en 60 minutos y estos, a su vez, quedaron divididos en 60 segundos (no obstante, el segundo actual tiene una definición moderna independiente de la definición del día).

De la religión judía, las naciones cristianas y musulmanas heredaron la definición de semana: un período de siete días. Por otra parte, el movimiento del Sol observado con respecto a las estrellas lejanas definió el año. Puesto que el período de traslación de la Tierra no es un número entero de días, existió la necesidad de introducir el año bisiesto en el calendario juliano y el calendario gregoriano. A partir del año se definieron unidades más grandes de tiempo como el siglo (cien años) y el milenio (mil años). El periodo de traslación de la Luna alrededor de la Tierra definió el concepto del mes. Puesto que este periodo no corresponde a un número entero de días, diversas culturas tuvieron diferentes definiciones de mes. En el actual calendario occidental, los meses pueden durar 28, 29, 30 o 31 días, dependiendo del caso.

1.3 DEFINICION DE UN SISTEMA DE MEDIDA

Para poder definir un Sistema de Unidades, necesariamente primero se debe establecer dos criterios básicos, los cuales son propios de una característica física determinada:

Magnitud.
Unidad de medida.

1.3.1 MAGNITUD

Se define magnitud como el valor asociado a una propiedad física o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. Por ejemplo si indicamos que la distancia entre dos pueblos es de 20 kilómetros, la magnitud de la medición corresponderá al termino 20.

Las magnitudes físicas se miden usando como referencia un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón, para el ejemplo señalado el patrón representa el kilómetro.

Las magnitudes son de diferente naturaleza o especie, no es lo mismo la masa que el peso, como tampoco es lo mismo la longitud (o distancia) que la velocidad. Es decir, una magnitud no puede ser convertida en otra, pero si pueden relacionarse a través de leyes físicas expresadas como fórmulas matemáticas. Por ejemplo:

Donde F es fuerza, m es masa y a es aceleración.

Sin embargo, cada magnitud física puede medirse en distintas unidades de medición que resultan comparables entre sí. A menudo existe para cada magnitud, una unidad principal, considerada así por ser la más comúnmente usada y otras secundarias las cuales pueden ser múltiplos o submúltiplos de la unidad principal.

Las magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios:

Según su expresión matemática, las magnitudes se clasifican en escalares, vectoriales y tensoriales.
Según su actividad, se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas.

1.3.1.1 MAGNITUDES ESCALARES, VECTORIALES Y TENSORIALES

Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un número y no las unidades utilizadas para su medida. Esto es, las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático más simple, por un número. Su valor puede ser independiente del observador (la masa, la temperatura, la densidad, etc.) o depender de la posición (la energía potencial), o estado de movimiento del observador (la energía cinética).

Las magnitudes vectoriales son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o módulo), una dirección y un sentido. Generalmente estas relacionados a un sistema coordenado bidimensional o tridimensional, como el sistema cartesiano. Ejemplos de estas magnitudes son: la velocidad, la aceleración, la fuerza, el campo eléctrico, intensidad luminosa, etc.

Las magnitudes tensoriales son cierta clase de entidad algebraica de varios componentes, que generaliza los conceptos de escalar, vector y matriz de una manera que sea independiente de cualquier sistema de coordenadas elegido.

1.3.1.2 MAGNITUDES EXTENSIVAS E INTENSIVAS

Una magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema. Las magnitudes extensivas son aditivas. Si consideramos un sistema físico formado por dos partes o subsistemas, el valor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos partes. Ejemplos: la masa y el volumen de un cuerpo o sistema, la energía de un sistema termodinámico, etc.

Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema. Las magnitudes intensivas tienen el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas. Ejemplos: la densidad, la temperatura y la presión de un sistema termodinámico en equilibrio.

En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva.

Ejemplo: masa dividida por volumen representa densidad.

1.3.2 UNIDAD DE MEDIDA

Una Unidad de Medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física, definida y adoptada por convención o por ley. Cualquier valor de una cantidad física puede expresarse como un múltiplo de la unidad de medida, ejemplo la masa (ver figura 3).

Una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras unidades se conocen como unidades básicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas, derivadas de las primeras, se llaman unidades derivadas.

Nota.- Desde el 20 de mayo del 2019, entro en vigencia una nueva definición del kilogramo, donde la unidad básica de masa cambio del patrón definido por un cilindro fabricado con 90% platino y 10% iridio (figura 3), a una unidad de medida derivada de la constante de Planck, mediante una formula que relaciona la energía de un fotón (partícula mínima de energía) con su frecuencia, esto es, que el kilogramo se define en términos del segundo y del metro. Este cambio se debió a que en los últimos 130 años la masa patrón de iridio y platino había perdido unos 50 microgramos en comparación con otras seis copias del mismo cilindro hechas a finales del siglo XIX.

BIBLIOGRAFIA